ArcGIS 地理配準(zhǔn)和空間分析工具在改變林地用途案件分析中的應(yīng)用

郭樹林

（舒城縣林業(yè)有害生物防治檢疫局，安徽六安 231300）

作為林業(yè)工程技術(shù)人員在林業(yè)調(diào)查中，經(jīng)常需要對(duì)違法改變林地用途案件中涉及的林地位置、地類和面積進(jìn)行調(diào)查分析。由于現(xiàn)場(chǎng)原林地地類改變較大，很難直接通過現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查來確認(rèn)出原林地地類的邊界和面積，必須通過查閱該區(qū)域的相關(guān)歷史資料進(jìn)行綜合分析。在分析過程中常用到的參考?xì)v史資料有：項(xiàng)目區(qū)不同時(shí)期的衛(wèi)星遙感影像、航片，縣級(jí)土地利用總體規(guī)劃圖，“森林資源管理一張圖”以及森林資源分布圖等。由于這些數(shù)據(jù)源的數(shù)據(jù)類型、坐標(biāo)系統(tǒng)復(fù)雜多樣，調(diào)查人員需要通過ArcGIS軟件平臺(tái)，統(tǒng)一數(shù)據(jù)坐標(biāo)系，經(jīng)過空間疊加分析，最后得到改變林地用途各圖斑的界線、地類和面積。本文以本人在舒城縣城北采砂場(chǎng)違法采砂造成林地破壞案件調(diào)查中，利用ArcGIS 10.2 系統(tǒng)平臺(tái)進(jìn)行分析為例，詳細(xì)介紹這一操作過程。

1 參考數(shù)據(jù)

由于此案件發(fā)生期在2012 年9 月至2017 年11 月，根據(jù)調(diào)查需要，需要搜集以下數(shù)據(jù)：舒城縣森林資源管理一張圖“SC_YZT_2009”（2009 年矢量數(shù)據(jù)，XIAN80 坐標(biāo)系，SHP 文件。見圖 1）；舒城縣土地利用總體規(guī)劃圖“SC_DLTB_2006”（2006 年矢量數(shù)據(jù)，XIAN80，SHP 文件。見圖 2）；采砂區(qū)界線測(cè)繪圖“CSC_HX”（2018 年 2 月矢量數(shù)據(jù)，XIAN80 坐標(biāo)系，CAD 文件。見圖3）；通過谷歌地球下載到的項(xiàng)目區(qū)域 2017 年 10 月 27 日衛(wèi)星圖像“CNSCWP”（柵格數(shù)據(jù)，WGS84 坐標(biāo)系，分辨率 0.51 m，TIF 文件。見圖 4）；項(xiàng)目區(qū)域 2012 年 4 月航拍圖“CG_HP”（柵格數(shù)據(jù)，大地2000 坐標(biāo)系，分辨率0.5 m，TIF 文件。見圖 5）；舒城縣 1∶10000 地形圖“SC_DXT”（2007 年版，柵格數(shù)據(jù)，XIAN80 坐標(biāo)系，TIF 文件）。

圖1 森林資源管理一張圖

圖2 土地利用總體規(guī)劃圖

圖3 采砂區(qū)界線測(cè)繪圖

圖4 項(xiàng)目區(qū)航拍圖

圖5 項(xiàng)目區(qū)衛(wèi)星圖像

2 坐標(biāo)轉(zhuǎn)換

2.1 坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換

因?yàn)閿?shù)據(jù)源的坐標(biāo)系不同，同一地理位置上的公共點(diǎn)，在數(shù)據(jù)文件中記錄的坐標(biāo)值不同，如果不轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一的參考坐標(biāo)系，將無法實(shí)現(xiàn)正確的空間位置疊加。由于搜集的數(shù)據(jù)以XIAN80 坐標(biāo)系為主，為方便處理，將數(shù)據(jù)坐標(biāo)統(tǒng)一成XIAN80 坐標(biāo)系。不同坐標(biāo)系間的轉(zhuǎn)換有很多方法，如參數(shù)轉(zhuǎn)換法、地理配準(zhǔn)法等。下面重點(diǎn)介紹在沒有參數(shù)情況下，將WGS84 坐標(biāo)系和大地2000 坐標(biāo)系柵格圖像通過地理配準(zhǔn)法轉(zhuǎn)換成XIAN80 坐標(biāo)系的方法。

2.1.1 修改數(shù)據(jù)源的坐標(biāo)系

點(diǎn)擊ArcMap 主菜單上的“窗口- 目錄”菜單，在彈出的“目錄”窗口列表中，找到存放衛(wèi)星圖像數(shù)據(jù)的位置：在文件名稱中右擊，彈出“屬性”菜單，在“常規(guī)”選項(xiàng)卡上找到“空間參考”列表項(xiàng)，確定衛(wèi)星圖像的數(shù)據(jù)源是WGS84 坐標(biāo)系。見圖6。點(diǎn)擊“編輯”按鈕，在彈出的“空間參考屬性”對(duì)話框中，依次選擇“地理坐標(biāo)系-Asia-Xian 1980”地理坐標(biāo)系，完成修改。見圖7。

圖6 查看空間參考

圖7 修改地理坐標(biāo)系

2.1.2 地理配準(zhǔn)

啟動(dòng)ArcMap，打開一個(gè)新的空白文檔，首先加載修改好的衛(wèi)星圖像，使當(dāng)前數(shù)據(jù)框的坐標(biāo)系自動(dòng)與修改后的衛(wèi)星圖像一致；其次加載參考圖層1∶10 000 地形圖。由于兩個(gè)圖層的同一位置的坐標(biāo)值不一樣，實(shí)際同一位置的公共點(diǎn)，在圖上并不重合。見圖8。

在ArcMap 程序主菜單的空白處，右擊，在彈出菜單中選擇“地理配準(zhǔn)”，打開“地理配準(zhǔn)”工具條，確保當(dāng)前配準(zhǔn)圖層是衛(wèi)片圖層。見圖9。

圖8 位置不重合

點(diǎn)擊工具條上的“添加控制點(diǎn)”工具，在衛(wèi)片和地形圖上找一公共點(diǎn)，如河流、道路等地物的交叉點(diǎn)，先在衛(wèi)片上單擊，接著在地形圖上單擊，完成一個(gè)控制點(diǎn)的建立。見圖10。

重復(fù)上述步驟，完成其他控制點(diǎn)的添加。添加的控制點(diǎn)，可以通過工具條上的“查看鏈接表”工具來查看，對(duì)位置不理想的點(diǎn)，可以刪除后重新采集。見圖11。

注意：進(jìn)行地理配準(zhǔn)時(shí)，最少需要在不同方向均勻分布有4 個(gè)控制點(diǎn)。完成后，點(diǎn)擊“地理配準(zhǔn)”菜單下的“自動(dòng)校正”，進(jìn)行位置校正后，再點(diǎn)擊菜單下的“更新配準(zhǔn)”，整個(gè)地理配準(zhǔn)工作完成。此時(shí)可以看到衛(wèi)片已成功與地形圖疊加到了一起。

圖10 添加控制點(diǎn)

圖11 控制點(diǎn)鏈接表

重復(fù)第一步，完成大地2000 坐標(biāo)系航拍圖的地理配準(zhǔn)。（注：如果數(shù)據(jù)源的坐標(biāo)系是投影坐標(biāo)系，在修改時(shí)，要選擇“投影坐標(biāo)系-Gauss Kruger-Xian 1980”文件夾下面，與數(shù)據(jù)源同一中央經(jīng)線和分帶的投影坐標(biāo)系）。

上述地理配準(zhǔn)操作，只是在源數(shù)據(jù)坐標(biāo)系和目標(biāo)坐標(biāo)系間，利用公共控制點(diǎn)，按一定校正規(guī)則建立起映射關(guān)系，實(shí)現(xiàn)空間位置上的正確疊加，并沒有改變數(shù)據(jù)源內(nèi)部的坐標(biāo)系統(tǒng)。

2.2 為CAD 文件指定坐標(biāo)系

對(duì)“采砂區(qū)界線測(cè)繪圖”以CAD 格式存放的數(shù)據(jù)，要根據(jù)數(shù)據(jù)源的坐標(biāo)系，在ArcGIS 中為其定義正確的投影坐標(biāo)系。方法是在“目錄”列表中，右擊CAD文件，在彈出的“CAD 要素?cái)?shù)據(jù)集屬性”對(duì)話框中的“常規(guī)”選項(xiàng)卡中的“編輯”功能，為其指定正確的投影坐標(biāo)系。有時(shí)我們無法確知CAD 文件所采用的投影坐標(biāo)系，這時(shí)可以點(diǎn)擊其中的“坐標(biāo)”選項(xiàng)卡，通過查看文件內(nèi)部坐標(biāo)值的范圍，大體判定其采用的投影坐標(biāo)系，如橫坐標(biāo)前有沒有加帶號(hào)，是3 度帶還是6 度帶等，從而為其指定正確的投影坐標(biāo)系。在指定投影以后，將其導(dǎo)出為SHP 數(shù)據(jù)格式文件“CSC_HX”。

3 數(shù)據(jù)解譯

通過以上定義和轉(zhuǎn)換投影操作，將多個(gè)不同坐標(biāo)系的參考圖層，統(tǒng)一到一個(gè)坐標(biāo)系統(tǒng)上，實(shí)現(xiàn)了正確的空間位置疊加。接下來一步重要工作，是根據(jù)航拍圖，利用編輯工具來解譯現(xiàn)場(chǎng)周圍案發(fā)前的各類土地利用圖斑的界線，得到數(shù)據(jù)解譯后的原始土地類利用圖斑矢量數(shù)據(jù)“YS_DLTB”。見圖12。

4 空間分析

4.1 生成初步分析結(jié)果

圖12 數(shù)據(jù)解譯

利用ArcGIS“工具箱- 分析工具”中的“標(biāo)識(shí)”工具，首先對(duì)采砂場(chǎng)的范圍內(nèi)破壞前的原地類屬性進(jìn)行標(biāo)識(shí)。輸入要素“CSC_HX”, 標(biāo)識(shí)要素“YS_DLTB”，輸出要素類“CSCHX_YSDLTB.SHP”（見圖13），得到采砂場(chǎng)破壞范圍原地類分布（見圖14）。

圖13 標(biāo)識(shí)原地類

圖14 原地類分布圖

依次將“CSCHX_YSDLTB”作為輸入要素，將“SC_YZT_2009”作為標(biāo)識(shí)要素，輸出要素類為“CSCHX_YSDLTB_YZT.SHP”，重復(fù)標(biāo)識(shí)操作，得到破壞范圍前后期地類與“森林資源管理一張圖”對(duì)比的結(jié)果圖；將“ CSCHX_YSDLTB_YZT”作為輸入圖層，“SC_DLTB_2006”作為標(biāo)識(shí)要素，輸出要素類為“CSCHX_YSDLTB_YZT_DLTB.SHP”，最終得到根據(jù)破壞范圍、原始地類、森林資源管理一張圖和土地利用總體規(guī)劃圖疊加分析得出的初步結(jié)果。

4.2 修訂完善

初步分析結(jié)果，往往存在較多的因制作精度、區(qū)劃標(biāo)準(zhǔn)不同造成的細(xì)碎圖斑，需要結(jié)合核實(shí)情況，將這些細(xì)碎合并到合適的相鄰大圖斑中，統(tǒng)計(jì)各類地類圖斑的面積，得到滿意的分析結(jié)果（見圖15 和圖 16）。

圖15 破壞區(qū)地類圖斑分布圖

圖16 破壞區(qū)地類圖斑登記表

4.3 得出結(jié)論

通過以上分析可以得出：城北采砂場(chǎng)因采砂造成林地破壞中，屬于規(guī)劃林地，原始地類也是林地的共9 個(gè)圖斑，合計(jì)面積33 735 m2，森林類別為商品林，4 級(jí)保護(hù)林地，全部為有林地。

5 結(jié)語

利用ArcGIS 配準(zhǔn)工具將獲得的具有空間位置屬性的數(shù)據(jù)統(tǒng)一并集中，再利用系統(tǒng)中具有的標(biāo)識(shí)、相交、連接、聯(lián)合、緩沖區(qū)等空間分析功能，對(duì)多個(gè)空間位置數(shù)據(jù)源進(jìn)行疊加分析，得出數(shù)據(jù)源間在空間位置上相關(guān)性。這種操作方法在森林資源調(diào)查監(jiān)測(cè)、工程規(guī)劃設(shè)計(jì)、效益評(píng)估等各項(xiàng)林業(yè)工作上發(fā)揮著越來越重要作用，作為林業(yè)工作者，在林業(yè)實(shí)際工作中要能夠熟悉掌握和靈活應(yīng)用ArcGIS 地理配準(zhǔn)和空間分析工具。